(57)【要約】      （修正有）【課題】１つまたは複数の動作周波数を使用する金属検出装置を動作させるための改善された方法およびこの方法に従って動作する金属検出装置を提供する。【解決手段】受信機ユニット２００の入力に接続される受信機コイル２０１に結合される送信機コイル１０１の第１の終端に第１の組の２つの駆動スイッチ６１Ａ、６２Ａを介しておよびその送信機コイル１０１の第２の終端に第２の組の２つの駆動スイッチ６１Ｂ、６２Ｂを介して２つの異なる駆動電圧Ｖ０、Ｖ１を交互に印加する駆動回路４を備える送信機ユニット１００を含む金属検出装置を動作させる。第１の波形ＷＡは、第１の組の駆動スイッチ６１Ａ、６２Ａを制御するために生成され、第２の波形ＷＢは、第２の組の駆動スイッチ６１Ｂ、６２Ｂを制御するために生成される。【選択図】図１
2013064736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信機ユニット（２００）の入力に接続される受信機コイル（２０１）に結合される送信機コイル（１０１）の第１の終端に第１の組の２つの駆動スイッチ（６１Ａ、６２Ａ）を介しておよび前記送信機コイル（１０１）の第２の終端に第２の組の２つの駆動スイッチ（６１Ｂ、６２Ｂ）を介して２つの異なる駆動電圧（Ｖ０、Ｖ１）を交互に印加する駆動回路（４）を備える送信機ユニット（１００）を含む金属検出装置を動作させるための方法であって、
少なくとも第１の波形ＷＡは、前記第１の組の駆動スイッチ（６１Ａ、６１Ｂ）を制御するために生成され、少なくとも第２の波形ＷＢは、前記第２の組の駆動スイッチ（６１Ｂ、６２Ｂ）を制御するために生成され、選択される動作周波数に対応するその第１および第２の波形ＷＡ、ＷＢは、所望の駆動電流ＩＣが前記送信機コイル（１０１）を通って流れることを可能にするために、互いに対してシフトされることを特徴とする、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記波形ＷＡおよび／またはＷＢは、整数ｎで割った動作周波数ｆＯＰの波長に対応する長さを有する刻みでシフトされる、方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、前記波形ＷＡ、ＷＢまたはＷＡ１、ＷＡ２およびＷＢ１、ＷＢ２に対応する極性「０」または「１」のセグメントｓ１、ｓ０は、所望の波形がシフトレジスタ（３２Ａ、３２Ｂ；３２Ａ１、３２Ａ２、３２Ｂ１、３２Ｂ２）の出力に生成されるように、前記動作周波数ｆＯＰに前記整数ｎを掛けることによって得られるクロック周波数ｆＲＣを使って前記シフトレジスタ（３２Ａ、３２Ｂ；３２Ａ１、３２Ａ２、３２Ｂ１、３２Ｂ２）中でシフトされ、好ましくは回転される、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、前記第１または第２の組の駆動スイッチ（６１Ａ、６２Ａ；６１Ｂ、６２Ｂ）の前記波形ＷＡまたはＷＢは、もう一方の波形ＷＢまたはＷＡに対してシフトされる、または両方の波形ＷＢおよびＷＡは、互いに対して反対方向にシフトされる、方法。
【請求項５】
請求項１または４に記載の方法において、各駆動スイッチ（６１Ａ、６２Ａ；６１Ｂ、６２Ｂ）の制御のために個々の波形ＷＡ１、ＷＡ２およびＷＢ１、ＷＢ２が、生成され、前記第１および前記第２の組の駆動スイッチ（６１Ａ、６２Ａ；６１Ｂ、６２Ｂ）のために提供される前記波形ＷＡ１、ＷＡ２およびＷＢ１、ＷＢ２は、好ましくは互いに対して１８０°だけ位相シフトされるまたは前記関連する駆動スイッチ（６１Ａ；６２Ａ；６１Ｂ；６２Ｂ）を個々に制御するように適合される、方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法において、前記セグメントｓ１、ｓ０の前記極性は、前記波形ＷＡ、ＷＢまたはＷＡ１、ＷＡ２およびＷＢ１、ＷＢ２の半サイクルにわたって反転され、それ故に前記波形ＷＡ、ＷＢまたはＷＡ１、ＷＡ２およびＷＢ１、ＷＢ２の半波だけを提供されるより短いシフトレジスタ（３２Ａ、３２Ｂ；３２Ａ１、３２Ａ２、３２Ｂ１、３２Ｂ２）を使用することを可能にする、方法。
【請求項７】
請求項４、５または６に記載の方法において、各スイッチの組（６１Ａ、６２Ａ；６１Ｂ、６２Ｂ）の駆動スイッチが閉じられることを、前記同じスイッチの組（６１Ａ、６２Ａ；６１Ｂ、６２Ｂ）のもう一方の駆動スイッチがなお閉じられている限り阻止するステップが、提供される、方法。
【請求項８】
請求項５から７の一項に記載の方法において、駆動スイッチ（６１Ａ；６２Ａ；６１Ｂ；６２Ｂ）を閉じている前記制御信号もしくは波形ＷＡ、ＷＢまたはＷＡ１、ＷＡ２およびＷＢ１、ＷＢ２の先頭にあるエッジは、隣接する駆動スイッチ（６１Ａ；６２Ａ；６１Ｂ；６２Ｂ）が切られるまで遅延される、方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法において、駆動スイッチ（６１Ａ；６２Ａ；６１Ｂ；６２Ｂ）を閉じている前記制御信号もしくは波形ＷＡ、ＷＢまたはＷＡ１、ＷＡ２およびＷＢ１、ＷＢ２の前記先頭にあるエッジは、カウンタ（３４Ａ；３４Ｂ）、好ましくはプログラム可能なカウンタを用いて、選択可能な数のクロックパルスだけ遅延される、または対応する駆動スイッチ（６１Ａ；６２Ａ；６１Ｂ；６２Ｂ）が閉じられる半サイクルの先頭にあるセグメントｓ１の少なくとも１つは、極性が反転され、それ故にこの駆動スイッチ（６１Ａ；６２Ａ；６１Ｂ；６２Ｂ）の作動を対応する時間の長さにわたって遅延する、方法。
【請求項１０】
請求項３から９の一項に記載の方法において、前記整数ｎは、より低い動作周波数ｆＯＰについてはより高いシフト分解能が得られ、より高い動作周波数ｆＯＰについてはより低いシフト分解能が得られるように、前記印加される動作周波数ｆＯＰに従って選択される、方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、前記整数ｎは、２５ｋＨｚから２５０ｋＨｚの範囲の動作周波数ｆＯＰについては５１２から６４の間の範囲で選択され、前記整数ｎは、２５０ｋＨｚから１ＭＨｚの範囲の動作周波数ｆＯＰについては１２８から１６の間の範囲で選択される、方法。
【請求項１２】
周波数源（２）と、受信機ユニット（２００）の入力に接続される受信機コイル（２０１）に結合される送信機コイル（１０１）の第１の終端に第１の組の２つの駆動スイッチ（６１Ａ、６２Ａ）を介しておよび前記送信機コイル（１０１）の第２の終端に第２の組の２つの駆動スイッチ（６１Ｂ、６２Ｂ）を介して２つの異なる駆動電圧（Ｖ０、Ｖ１）を交互に印加するように設計される駆動回路（４）とを備える送信機ユニット（１００）を含む、請求項１から１１の一項で定義されるような方法に従って動作する金属検出装置であって、
周波数源（２）に接続される発生器モジュール（３）は、前記第１の組の駆動スイッチ（６１Ａ、６２Ａ）または各駆動スイッチ（６１Ａ；６２Ａ）を制御するために少なくとも第１の波形ＷＡおよび前記第２の組の駆動スイッチ（６１Ｂ、６２Ｂ）または各駆動スイッチ（６１Ｂ；６２Ｂ）を制御するために少なくとも第２の波形ＷＢを生成するように設計され、駆動電流ＩＣが前記送信機コイル（１０１）を通って流れることを可能にするために、選択される動作周波数ｆＯＰに対応する前記第１および第２の波形ＷＡ、ＷＢを互いに対してシフトさせる能力があることを特徴とする、金属検出装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の金属検出装置において、各生成された波形ＷＡ、ＷＢまたはＷＡ１、ＷＡ２およびＷＢ１、ＷＢ２について、前記対応する波形ＷＡ、ＷＢまたはＷＡ１、ＷＡ２、ＷＢ１、ＷＢ２の数ｎまたはｎ／２のセグメントｓ１、ｓ０で満たされるシフトレジスタ（３２Ａ、３２Ｂ；３２Ａ１、３２Ａ２、３２Ｂ１、３２Ｂ２）が、提供され、前記セグメントｓ１、ｓ０は、好ましくは全波または半波を構成し、好ましくは前記周波数源（２）の周波数に対応する前記動作周波数ｆＯＰよりもｎ倍高いクロック周波数ｆＲＣを使って前記シフトレジスタ（３２Ａ、３２Ｂ；３２Ａ１、３２Ａ２、３２Ｂ１、３２Ｂ２）中で循環されるまたは反転されて循環される、金属検出装置。
【請求項１４】
請求項１２または１３に記載の金属検出装置において、各スイッチの組（６１Ａ、６２Ａ；６１Ｂ、６２Ｂ）の駆動スイッチが閉じられることを、前記同じスイッチの組（６１Ａ、６２Ａ；６１Ｂ、６２Ｂ）のもう一方の駆動スイッチがなお閉じられている限り阻止する手段が、提供される、金属検出装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の金属検出装置において、前記シフトレジスタ（３２Ａ、３２Ｂ；３２Ａ１、３２Ａ２、３２Ｂ１、３２Ｂ２）は、極性「１」の数ｘのセグメントｓ１および極性「０」の数ｙのセグメントｓ０で満たされ、前記数はさらに、対応する駆動スイッチ（６１Ａ；６２Ａ；６１Ｂ；６２Ｂ）が閉じられている半サイクルの先頭にあるセグメントｓ１の少なくとも１つが極性を反転され、それ故にこの駆動スイッチ（６１Ａ；６２Ａ；６１Ｂ；６２Ｂ）の作動を対応する時間の長さにわたって遅延させるように選択される、金属検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属検出装置を動作させるための方法およびこの方法に従って動作する金属検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属検出装置は、食用品および他の製品中の金属汚染を検出するために使用される。ＷＯ０２／２５３１８で述べられるように、現代の金属検出装置は、生鮮および冷凍製品などの多種多様な製品中の鉄系、非鉄系およびステンレス鋼を含むすべての金属汚染物質類を検出する能力がある「平衡コイルシステム」を含むサーチヘッドを利用する。
【０００３】
「平衡コイル」原理に従って動作する金属検出装置は典型的には、非金属フレームに巻かれる３つのコイルを含み、各々は、その他と正確に平行である。中心に位置する送信機コイルは、磁場を生成する高周波電流で励起される。送信機コイルの各々の側にある２つのコイルは、受信機コイルとしての役割を果たす。２つの受信機コイルは、同一であり、送信機コイルから同じ距離で設置されるので、同一電圧が、それらの各々に誘起される。システムが平衡状態にあるときにゼロである出力信号を受信するために、第１の受信機コイルは、逆向きの巻線を有する第２の受信機コイルと直列に接続される。それ故に、同一振幅でかつ逆極性である、受信機コイルに誘起される電圧は、システムが金属汚染のないときに平衡状態にある場合には、互いに相殺している。
【０００４】
金属粒子が、コイル配置を通過すると、高周波場が、最初に１つの受信機コイルの近くで、次いでもう一方の受信機コイルの近くで乱される。金属粒子が、受信機コイルを通って運ばれる間に、各受信機コイルに誘起される電圧は、典型的にはナノボルトの範囲で変えられる。この平衡の変化は、受信機コイルの出力に信号をもたらし、その信号は、処理され、増幅され、その後に製品中の金属汚染の存在を検出するために使用できる。
【０００５】
信号処理チャンネルは、受信信号を互いに９０°離れた２つの個別成分に分割する。合成ベクトルは、コイルを通って運ばれる製品および汚染物質について典型的である大きさおよび位相角を有する。金属汚染物質を識別するためには、「製品の影響」は、除去されるまたは低減される必要がある。もし製品の位相が周知であるならば、そのとき対応する信号ベクトルは、低減できる。それ故に、信号スペクトルから不要な信号を排除することは、汚染物質から生じる信号にとってより高い感度につながる。
【０００６】
従って、信号スペクトルから不要な信号を排除するために適用される方法は、汚染物質、製品および他の材料が磁場に異なる影響を有し、その結果生じる信号が位相の点で異なるという事実を利用する。
【０００７】
さまざまな金属または製品が金属検出装置のコイルを通過するとき、それらによって引き起こされる信号は、測定される物体の導電率および透磁率に従って２つの成分、すなわち抵抗成分およびリアクタンス成分に分割できる。フェライトによって引き起こされる信号は、主にリアクタンス性であり、一方ステンレス鋼からの信号は、主に抵抗性である。導電性である製品は典型的には、強い抵抗成分を持つ信号を引き起こす。
【０００８】
位相検出器を用いて異なる起源の信号成分の位相間を区別することは、製品および汚染物質についての情報を得ることを可能にする。位相検出器、例えば周波数混合器またはアナログ乗算器回路は、受信機コイルからの信号などの信号入力と送信機ユニットによって受信機ユニットに提供される基準信号との間の位相の差を表す電圧信号を生成する。それ故に、製品信号成分の位相と一致するように基準信号の位相を選択することによって、ゼロである位相差および対応する製品信号は、位相検出器の出力で得られる。汚染物質から生じる信号成分の位相が、製品信号成分の位相とは異なる場合には、そのとき汚染物質の信号成分は、検出できる。しかしながら、汚染物質の信号成分の位相が、製品信号成分の位相に近い場合には、汚染物質の信号成分は、製品信号成分と一緒に抑制されるので、そのとき汚染物質の検出は、失敗する。
【０００９】
従って、周知のシステムでは、送信機周波数は、金属汚染物質の信号成分の位相が製品信号成分の位相と一致しなくなるように選択可能である。
ＧＢ２４２３３６６Ａは、少なくとも２つの異なる動作周波数の間で切り替えるように設計され、その結果製品中のどんな金属粒子も異なる周波数での走査を受けることになる、金属検出装置を開示する。動作周波数は、急速に変えられ、その結果コンベヤーベルト上を通過するどんな金属粒子も、２つ以上の異なる周波数で走査されることになる。第１の動作周波数について、金属粒子によって引き起こされる信号成分の位相が、製品の信号成分の位相に近く、それ故に覆い隠される場合には、そのとき第２の周波数については、金属粒子によって引き起こされる信号成分の位相は、製品の信号成分の位相とは異なることになり、その結果この信号成分は、区別できると仮定される。多くの周波数の間で切り替えることによって、１つの周波数が、どんな特定の金属の種類、大きさおよび向きについても適切な感度を提供することになると期待される。
【００１０】
ＧＢ２４２３３６６Ａで開示される送信機の駆動回路は、電気的にプログラム可能な論理デバイス、および送信機コイルが横断して接続される全波ブリッジ回路を形成する４つの電界効果トランジスタに接続されるドライバを含む。特定のコイルシステムについて、複数のドライブマップが、電子的にプログラム可能な論理デバイスに保存され、各々は、装置のそれぞれの所定動作周波数についてスイッチのための切り替え順序を含有する。保存されたルックアップテーブルの助けを借りて、マイクロプロセッサは次いで、選択される動作周波数に応じて適切なマップを選択することができる。
【００１１】
特定のコイルシステムについて適切なドライブマップを保存し、更新し、選択することは、動作周波数の数とともに増加するかなりの労力を必要とする。特定応用のためにシステムを適合させ、最適化するプロセスは、ドライブマップを更新し、強化することを必要とする。ユーザが、検査すべき製品を変え、先の応用で測定された汚染物質とは種類および寸法の点で異なる金属汚染物質の出現を期待する場合には、骨の折れる最適化プロセスが、行われる必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】ＷＯ０２／２５３１８
【特許文献２】ＧＢ２４２３３６６Ａ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従って、本発明は、１つまたは複数の動作周波数を使用する金属検出装置を動作させるための改善された方法およびこの方法に従って動作する金属検出装置を創出する目的に基づいている。
【００１４】
詳しくは、本発明は、どんなコイルシステムについても容易に、迅速にかつ高精度で特定応用に適合できる金属検出装置を作る目的に基づいている。
より詳しくは、本発明の方法は、低減された労力でかつ高精度で送信機コイルに印加される駆動電流の調節を可能にするはずである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の上記および他の目的は、請求項１で定義されるような金属検出装置を動作させるための方法および請求項１２で定義されるような金属検出装置によって達成される。
本発明の方法は、受信機ユニットの入力に接続される受信機コイルに結合される送信機コイルの第１の終端に第１の組の２つの駆動スイッチを介しておよびその送信機コイルの第２の終端に第２の組の２つの駆動スイッチを介して２つの異なる駆動電圧を交互に印加する駆動回路を備える送信機ユニットを含む金属検出装置を動作させるのに役立つ。
【００１６】
本発明によると、少なくとも第１の波形は、第１の組の駆動スイッチを制御するために生成され、少なくとも第２の波形は、第２の組の駆動スイッチを制御するために生成され、選択される動作周波数に対応するその第１および第２の波形は、所望の駆動電流が送信機コイルを通って流れることを可能にするために、互いに対してシフトされる。
【００１７】
本発明の教示によると、駆動電流は、選択される動作周波数についておよび精密に調節できるレベルで容易に生成できる。変更および調節は、容易に行うことができ、その結果本発明の方法は、異なる動作モード間での急速な変化を可能にする。送信機は、第１の動作周波数および第１のレベルの駆動電流で動作する状態から第２のレベルの駆動電流での第２の動作周波数に変更できる。駆動電流は、実際には１クロックサイクル内で所望のレベルまで選択可能な分解能の刻みで調節できる。
【００１８】
２つの波形間の所要の位相シフトを得るためには、ただ１つの波形だけが、位相をシフトされる必要がある。駆動電流の位相を一定に保つためには、好ましくは両方の波形が、互いに対して反対方向にシフトされる。
【００１９】
第１および第２の組の駆動スイッチに各々提供される２つの波形は、好ましくは互いに対して１８０°だけ位相シフトされる。好ましい実施形態では、各駆動スイッチは、専用波形で個々に制御される。このようにして、駆動電流の最適制御が、得られてもよく、誤動作が、回避されてもよい。
【００２０】
波形は、好ましくは整数ｎで割った動作周波数の波長に対応する長さを有する刻みでシフトされる。
最も好ましくは、波形に対応する極性「０」または「１」のセグメントは、所望の波形がシフトレジスタの出力に生成されるように、動作周波数に整数ｎを掛けることによって得られるクロック周波数を使ってシフトレジスタ中でシフトされ、好ましくは回転される。
【００２１】
好ましい実施形態では、セグメントは、半波についてのみ提供され、第２の半波について反転され、それ故により短いシフトレジスタを使用することを可能にする。シフトレジスタから出るセグメントは、インバータに印加され、それは、反転極性を持つセグメントをそのシフトレジスタの入力に提供する。その結果、第１の半波および第２の半波のセグメントは、正しい極性を持ってシフトレジスタ中で循環される。
【００２２】
対応するシフトレジスタは、選択されるシフト分解能について設定され、整数ｎを掛けた動作周波数に対応するクロック周波数でクロック動作される。
前記整数ｎは、より低い動作周波数についてはより高いシフト分解能が得られ、より高い動作周波数についてはより低いシフト分解能が得られるように、印加される動作周波数に従って選択される。
【００２３】
整数ｎは好ましくは、２５ｋＨｚから２５０ｋＨｚの範囲の動作周波数については５１２から６４の間の範囲でおよび２５０ｋＨｚから１ＭＨｚの範囲の動作周波数については１２８から１６の間の範囲で選択される。
【００２４】
好ましい実施形態では、セグメントは、５０％のデューティサイクルを持つ波形が表されるような極性および数を提供される。
さらに好ましい実施形態では、両方の駆動スイッチを閉じることは、２つの駆動電圧間の短絡につながることになるので、一組の駆動スイッチの第１の駆動スイッチを閉じることは、このスイッチの組の第２の駆動スイッチがなお閉じられている限り回避されるステップおよび手段が、提供される。この目的は有利には、対応する駆動スイッチが閉じられている半サイクルのセグメントのグループの少なくとも先頭にあるセグメントを反転させ、それ故にこの駆動スイッチの作動を対応する時間の長さにわたって遅らせることによって達成される。シフトレジスタで提供される１つまたは複数のセグメントを反転させることは、ほとんど労力を使うことなく行うことができる。遅延は、反転セグメントの数およびそれらの時間の長さに対応し、それは、シフトレジスタに提供されるクロック周波数の周期に対応する。別法として、遅延は、カウンタを使用することによって得ることができ、それは、入力信号に応答して、クロック周波数の所定数のクロックが数えられた後に出力信号を提供する。最も好ましくは、カウンタは、各動作周波数について所定数のクロック、それ故に所定の遅延が選択できるようにプログラム可能である。
【００２５】
本発明の目的および利点のいくつかが、述べられたが、他のものは、次の説明が添付図面と一緒に考えられるとき現れることになる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】駆動電圧Ｖ０、Ｖ１がそれを通じて送信機コイル１０１に印加される４つの駆動スイッチ６１Ａ、６２Ａ；６１Ｂ、６２Ｂを制御するために使用される少なくとも２つのシフトレジスタ３２Ａ、３２Ｂを備える発生器モジュール３を含む本発明の金属検出装置のブロック図を示す図である。
【図２】図２ａは、位相がそろった波形ＷＡ、ＷＢを表すセグメントで満たされるシフトレジスタ３２Ａ、３２Ｂを備える図１の発生器モジュール３を示す図である。図２ｂは、両方とも位相が互いに対して反対方向にシフトされる波形ＷＡ、ＷＢを表すセグメントで満たされるシフトレジスタ３２Ａ、３２Ｂを備える図１の発生器モジュール３を示す図である。
【図３】波形ＷＡ、ＷＢの半波だけを表し、レジスタ３２Ａ、３２Ｂ中で循環するときターンごとに反転されるセグメントで満たされるシフトレジスタ３２Ａ、３２Ｂを備える好ましい実施形態での図１の発生器モジュール３を示す図である。
【図４】あらゆる駆動スイッチ６１Ａ、６２Ａ；６１Ｂ、６２Ｂに割り当てられるシフトレジスタ３２Ａ１；３２Ａ２；３２Ｂ１；３２Ｂ２を備えるさらに好ましい実施形態での図１の発生器モジュール３を示す図である。
【図５】図５ａは、送信機コイル１０１の向かい合った終端に同相で生じる合成電圧ＵＣＡ、ＵＣＢおよびこの設定ではゼロである、結果として生じる駆動電流ＩＣの図である。図５ｂは、送信機コイル１０１の向かい合った終端に位相がずれて生じる合成電圧ＵＣＡ、ＵＣＢおよび結果として生じる駆動電流ＩＣの図である。図５ｃは、送信機コイル１０１の向かい合った終端に位相が１８０°ずれて生じる合成電圧ＵＣＡ、ＵＣＢおよび最大値である、結果として生じる駆動電流ＩＣの図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、本発明の金属検出装置のブロック図を示し、それは、送信機ユニット１００と、送信機コイル１０１、第１および第２の受信機コイル２０１、２０２を備える平衡コイルシステムと、受信機ユニット２００と、標準インターフェース、入力デバイスおよび出力デバイス、キーボードおよびモニタを含む制御ユニット９とを含む。金属検出装置の動作中に受信され、処理された信号は、受信機ユニット２００から制御ユニット９に転送され、それはさらに、測定結果を処理し、表示する。制御ユニット９はさらに、ユーザによって入力される命令に従って金属検出装置の構成および動作を制御する。制御信号は、制御線またはバス９１、９２、９３を介して送信機ユニット１００および受信機ユニット２００の様々な実体またはモジュールに運ばれる（図３もまた参照）。受信機ユニット２００からは、受信され、処理された信号は、データバス９４を介して制御ユニット９に転送され、それはさらに、測定プロセスの結果を処理し、表示しかつ／または保存する。
【００２８】
送信機ユニット１００は、クロック周波数ｆＲＣを発生器モジュール３に供給する周波数シンセサイザ２、好ましくはダイレクトデジタルシンセサイザに基準信号ｆＲＥＦを提供する周波数発生器１、好ましくは水晶発振器を含む。クロック周波数ｆＲＣは、金属検出装置の動作周波数ｆＯＰの倍数であるように選択される。
【００２９】
発生器モジュール３は、波形ＷＡ、ＷＢを持つ２つの制御電圧を生成し、それは、共通増幅器モジュール４（図３を参照）または個々の増幅器モジュール４Ａ、４Ｂおよびおそらくは２つのインバータ５Ａ、５Ｂを介して送信機コイル１０１の１つの終端に接続される第１の組の駆動スイッチ６１Ａ、６２Ａにおよび送信機コイル１０１のもう一方の終端に接続される第２の組の駆動スイッチ６１Ｂ、６２Ｂに転送される。制御信号ＷＡ、ＷＢの印加によって、各駆動の組の駆動スイッチ６１Ａ、６２Ａ；６１Ｂ、６２Ｂは、第１および第２の駆動電圧Ｖ０およびＶ１に交互にしかし決して同時にではなく接続され、その結果短絡は、回避される。送信機コイル１０１の終端に駆動電圧Ｖ０およびＶ１が交互接続されると、発生器モジュール３によって提供される制御信号の波形ＷＡ、ＷＢに対応する合成電圧ＵＣＡおよびＵＣＢが、送信機コイル１０１の両方の終端に現れる。
【００３０】
これらの合成電圧ＵＣＡおよびＵＣＢは、制御電圧または波形ＷＡ、ＷＢが同相である限り図５ａで示されるように同相であり、その結果、２つの合成電圧ＵＣＡおよびＵＣＢの差はゼロであるので、駆動電流ＩＣは、送信機コイル１０１を通り抜けない。しかしながら、波形ＷＡ、ＷＢ、それ故に合成電圧ＵＣＡおよびＵＣＢが、図５ｂで示されるように位相角ｄＰＨ１だけ互いに対してシフトされるとすぐに、そのとき駆動電流ＩＣは、送信機コイル１０１に流れ始める。合成電圧ＵＣＡおよびＵＣＢが差を示す期間Ｔ１、Ｔ２の間、反対極性の駆動電流ＩＣが、送信機コイル１０１に導入される。合成電圧ＵＣＡおよびＵＣＢが差を示さない期間Ｔ３、Ｔ４では、そのとき送信機コイル１０１に導入される駆動電流ＩＣは、閉じた駆動スイッチ６１Ａおよび６１Ｂまたは６２Ａおよび６２Ｂを横断して循環する。波形ＷＡ、ＷＢ、それ故に合成電圧ＵＣＡおよびＵＣＢが、図５ｃで示されるように１８０°の位相角だけ互いに対してシフトされる場合には、そのとき反対極性の駆動電流ＩＣが、最長である時間間隔Ｔ１、Ｔ２の間送信機コイル１０１に導入され、一方時間間隔Ｔ３およびＴ４は、ゼロである。
【００３１】
駆動電圧Ｖ１、Ｖ０間の短絡を回避するために、両方の駆動スイッチ６１Ａおよび６２Ａまたは６１Ｂおよび６２Ｂが同時に閉じることは、インバータ５Ａおよび５Ｂを用いて回避される。この方策によって、駆動スイッチ６１Ａおよび６２Ａまたは６１Ｂおよび６２Ｂの入力を制御する制御電圧は、常に反対極性であることが保証される。各スイッチの組６１Ａ、６２Ａまたは６１Ｂ、６２Ｂの第２の駆動スイッチ６２Ａ；６２Ｂに印加される制御電圧または波形ＷＡ、ＷＢを反転させることによって、駆動電圧Ｖ０、Ｖ１の交互印加が、達成される。駆動電圧Ｖ０、Ｖ１は、同一値だが反対極性とすることができる。本例では、第１の駆動電圧Ｖ０は、接地電位に設定され、一方第２の駆動電圧Ｖ１は、２４Ｖなどの適切な値に設定される。
【００３２】
上で述べられ、図５ａ、５ｂおよび５ｃで示されるように、適切な駆動電流ＩＣは、制御信号の波形ＷＡ、ＷＢを互いに対してシフトさせることによって精密に調節できる。駆動電流ＩＣは、１つのまたはもう一方の波形ＷＡ、ＷＢをシフトさせるときに流れ始めることになる。
【００３３】
しかしながら、好ましい実施形態では、両方の波形ＷＡ、ＷＢは、互いに対して反対方向に等しくシフトされる。図５ｃで例示されるように、同等の位相シフトｓｈＰＨ−ＡおよびｓｈＰＨ−Ｂが、両方の波形ＷＡ、ＷＢに適用され、それは、合成電圧ＵＣＡおよびＵＣＢの波形に対応する。波形ＷＡ、ＷＢを反対方向に等しくシフさせる結果として、駆動電流ＩＣの位相は、駆動電流ＩＣのレベルを変えるとき一定のままである（図５ａ、５ｂおよび５ｃを横断する基準線ＰＨＲＥＦを参照）。
【００３４】
好ましくは、波形ＷＡ、ＷＢは、対応して構成されるシフトレジスタ３２Ａ、３２Ｂの助けを借りて発生器モジュール３で生成され、シフトされる。この手段を使うと、そのタスクは、望ましい波形がまた生成される可能性もある高価な信号処理手段を必要とすることなく効果的に果たすことができる。発生器モジュール３は、いくつかのタスクを行う制御モジュール３１を含む。除算器モジュール３１１を使って、周波数シンセサイザ２、好ましくはダイレクトデジタルシンセサイザＤＤＳによって提供されるクロック周波数ｆＲＣは、金属検出装置の動作周波数ｆＯＰを得るために整数ｎで割られる。
【００３５】
動作周波数ｆＯＰを選択するとき、制御ユニット９は、周波数シンセサイザ２のクロック周波数ｆＲＣを動作周波数ｆＯＰに整数ｎを掛けた積に対応する値に設定する（ｆＲＣ＝ｆＯＰ×ｎ）。
【００３６】
整数ｎは、動作周波数ｆＯＰに対応する発生器モジュール３の出力での波形ＷＡ、ＷＢが、図２ａで示されるように対応するシフトレジスタ３２Ａ、３２Ｂで提供される数ｎのセグメントｓ１、ｓ０に分割されるように選択される。その結果、クロック周波数ｆＲＣは、シフトレジスタ３２Ａ、３２Ｂのためのクロックとして使用される。数ｎのクロック信号を使って、波形ＷＡ、ＷＢの全波が、発生器モジュール３によって生成される。それ故に、クロック周波数ｆＲＣがシフトレジスタ３２Ａ、３２Ｂに印加され、波形ＷＡ、ＷＢの全波当たり数ｎのセグメントが提供されると、動作周波数ｆＯＰを示す対応する制御信号が、生成される。
【００３７】
従って、整数ｎは、波形ＷＡ、ＷＢがシフトされる分解能および駆動電流ＩＣが調節できる分解能を決定する。
整数ｎは、好ましくはより低い動作周波数ｆＯＰについてはより高いシフト分解能が得られ、より高い動作周波数ｆＯＰについてはより低いシフト分解能が得られるように、印加される動作周波数ｆＯＰに従って選択される。
【００３８】
整数ｎは好ましくは、２５ｋＨｚから２５０ｋＨｚの間の範囲の動作周波数ｆＯＰについては５１２から６４の間の範囲でおよび２５０ｋＨｚから１ＭＨｚの間の範囲の動作周波数ｆＯＰについては１２８から１６の間の範囲で選択される。
【００３９】
例えば、２５ｋＨｚから２８ｋＨｚの周波数帯域については２５６の整数ｎ、２９ｋＨｚから２５０ｋＨｚの周波数帯域については１２８の整数ｎ、２５１ｋＨｚから５００ｋＨｚの周波数帯域については６４の整数ｎおよび５０１ｋＨｚから８５０ｋＨｚの周波数帯域については３２の整数ｎが、有利に適用できる。
【００４０】
図２ａでは、極性「１」を有する３２のセグメントｓ１および極性「０」を有する３２のセグメントｓ０で満たされた６４ビットのビット長を持つ２つのシフトレジスタ３２Ａおよび３２Ｂが、作られた。両方のシフトレジスタ３２Ａ、３２Ｂでは、極性「１」を持つセグメントｓ１は、アドレスＡ１からＡ３２に位置し、極性「０」を持つセグメントｓ０は、アドレスＡ３３からＡ６４に位置する。その結果、生成される、すなわちシフトレジスタ３２Ａ、３２Ｂから出ている波形は、同相である。合成電圧ＵＣＡおよびＵＣＢは、同相であり、送信機コイル１０１を通る駆動電流ＩＣは、ゼロのままである。
【００４１】
図２ｂでは、第１のシフトレジスタ３２Ａ中のセグメントｓ１、ｓ０は、６セグメントｓ１、ｓ０だけ右にシフトされ、第２のシフトレジスタ３２Ｂ中のセグメントｓ１、ｓ０は、６セグメントｓ１、ｓ０だけ左にシフトされた。第１のシフトレジスタ３２ＡのアドレスＡ１〜Ａ６およびＡ３９〜Ａ６４では、極性「０」を持つセグメントｓ０が、提供され、一方アドレスＡ７〜Ａ３８では、極性「１」を持つセグメントｓ１が、提供される。第２のシフトレジスタ３２ＢのアドレスＡ１〜Ａ２６およびＡ５９〜Ａ６４では、極性「１」を持つセグメントｓ１が、提供され、一方アドレスＡ２７〜Ａ５８では、極性「０」を持つセグメントｓ０が、提供される。図２ｂでさらに示されるように、互いに対して反対方向にシフトされる、結果として生じる波形ＷＡ、ＷＢが、生成され、対応する駆動電流ＩＣを送信機コイル１０１に流す。
【００４２】
この好ましい実施形態では、セグメントｓ１、ｓ０は、シフトレジスタ３２Ａ、３２Ｂ中で循環される。それ故に、シフトレジスタ３２Ａ、３２Ｂの出力から出るセグメントｓ１、ｓ０は、シフトレジスタ３２Ａ、３２Ｂの入力に連続して転送され、このようにして循環される。
【００４３】
所望の駆動電流ＩＣを所要の刻みの分解能で調節するために、シフトレジスタ３２Ａ、３２Ｂは、選択される整数ｎに対応するビット長で設定され、要求に応じてまたは図２ｂで例として示されるように互いに対してシフトされるセグメントｓ１、ｓ０で満たされる。
【００４４】
このタスクは、選択される整数ｎおよび所望の駆動電流ＩＣに従ってシフトレジスタ３２Ａ、３２Ｂを設定しかつ変更する管理のために提供される管理モジュール３１２によって行われる。
【００４５】
減少したビット長を持つシフトレジスタ３２Ａ、３２Ｂを使用するために、波形ＷＡ、ＷＢの半サイクルだけを表す数ｎ／２のセグメントｓ１、ｓ０は、出力で放出される各セグメントｓ１、ｓ０が、シフトレジスタ３２Ａ、３２Ｂの入力に印加される前に反転されるまたは反対極性のセグメントｓ０、ｓ１に変換されるように、シフトレジスタ３２Ａ、３２Ｂで提供され、循環される。このようにして、完全な波形は、しかしながら長さが半分だけであるレジスタ３２Ａ、３２Ｂで循環される。
【００４６】
図３で示されるように、シフトレジスタ３２Ａ、３２Ｂの出力から出るセグメントｓ１、ｓ０は、それらがシフトレジスタ３２Ａ、３２Ｂの入力に印加される前にインバータ３３Ａ、３３Ｂの入力に印加される。シフトレジスタ３２Ａ、３２Ｂの出力から出るセグメントｓ１、ｓ０はまた、増幅器モジュール４の入力にも転送され、それは、各駆動スイッチ６１Ａ、６２Ａ、６１Ｂ、６２Ｂのための個々の制御信号の波形ＷＡ１、ＷＡ２、ＷＢ１、ＷＢ２を生成するために、受信セグメントを増幅するまたは反転して増幅する。
【００４７】
送信機コイル１０１のどちらかの側の駆動スイッチ６１Ａ、６２Ａまたは６１Ｂ、６２Ｂが同時にオンになり、駆動電圧Ｖ０およびＶ１を短絡させるのを防止するために、好ましくは周波数発生器１によって提供されるクロック周波数に基づく遅延が、提供され、それを使って駆動スイッチ６１Ａ、６２Ａまたは６１Ｂ、６２Ｂが入るのが、遅延される。この遅延は好ましくは、駆動スイッチ６１Ａ、６２Ａ、６１Ｂ、６２Ｂの特性、すなわちターンオフ遅延および入力が除去されるときの降下時間に対応する。それ故に、遅延を使うと、駆動スイッチ６１Ａ；６２Ａ；６１Ｂ；６２Ｂは、隣接駆動スイッチ６１Ａ；６２Ａ；６１Ｂ；６２Ｂがオンにされる前に完全に切られることが保証される。
【００４８】
例えば、駆動スイッチ６１Ａ；６２Ａ；６１Ｂ；６２Ｂを入れるのは、クロック周波数の５クロックパルスだけ遅延される。８５０ｋＨｚの動作周波数および３２ビットのシフトレジスタ長では、クロック周波数は、２７．２ＭＨｚであることになる。この周波数での１クロック周期の長さの３６．８ｎｓを使うと、結果として生じる５クロック周期の遅延は、そのとき１８４ｎｓであることになる。
【００４９】
２５ｋＨｚの動作周波数および２５６ビットのシフトレジスタ長の場合には、５クロック周期から結果として生じる遅延時間は、７８１ｎｓであることになり、それは、長すぎることになる。典型的な電力ＭＯＳＦＥＴスイッチについて約１８０ｎｓの適切な遅延に近い遅延を維持するために、クロック周波数の倍数が、周波数発生器１によって提供されてより短いクロック周期を提供してもよく、そのクロック周期を使って遅延が、選択されてもよい。
【００５０】
所望の遅延は、ハードウェア回路またはソフトウェアで実施されてもよい。
図３は、２つの遅延モジュール３４Ａおよび３４Ｂを備える発生器モジュール３を示し、その遅延モジュールは、クロック周波数ｆＲＣのクロック周期の選択可能な数だけ制御信号ＷＡ１、ＷＡ２、ＷＢ１、ＷＢ２の立ち上がりエッジを遅延させる。遅延回路３４Ａおよび３４Ｂは好ましくは、カウンタを含み、それは、クロックサイクルを数え、所定数のクロックサイクルが数えられた後に出力信号を提供する。遅延モジュール３４Ａおよび３４Ｂは、ハードウェアモジュールまたはソフトウェアモジュールとすることができる。
【００５１】
図４は、あらゆる駆動スイッチ６１Ａ、６２Ａ；６１Ｂ、６２Ｂに割り当てられるシフトレジスタ３２Ａ１；３２Ａ２；３２Ｂ１；３２Ｂ２を備えるさらに好ましい実施形態での図１の発生器モジュール３を示す。この実施形態では、遅延は、シフトレジスタ３２Ａ、３２Ｂを制御している管理モジュール３１２に提供されるソフトウェアを用いて得られる。黒で図示されるセグメントｓ０’を除けば、シフトレジスタ３２Ａ１、３２Ａ２およびシフトレジスタ３２Ｂ１、３２Ｂ２中のセグメントｓ１、ｓ０は、対応するアドレスで反対極性であることが示される。その結果、スイッチの組６１Ａ、６２Ａまたは６１Ｂ、６２Ｂの駆動スイッチのただ１つだけが、一度に閉じることができる。しかしながら、駆動スイッチ６１Ａ、６２Ａ、６１Ｂ、６２Ｂを作動させることになる極性「１」を持つセグメントｓ１のグループの先頭にある２つのセグメントｓ０’は、反対極性にリセットされており、それ故にセグメントｓ１のグループの最初のセグメントの到着とともに対応する駆動スイッチ６１Ａ、６２Ａ、６１Ｂ、６２Ｂが作動するのを防止する。それ故に、駆動スイッチ６１Ａ、６２Ａ、６１Ｂ、６２Ｂを作動させることは、移行プロセスの間２つの駆動電圧Ｖ０、Ｖ１間の接続を回避するために、セグメントｓ０’の選択可能な数だけ遅延できる。
【符号の説明】
【００５２】
１  周波数発生器
２  周波数シンセサイザ
３  発生器モジュール
４  共通増幅器モジュール
４Ａ  増幅器モジュール
４Ｂ  増幅器モジュール
５Ａ  インバータ
５Ｂ  インバータ
９  制御ユニット
３１  制御モジュール
３２Ａ  シフトレジスタ
３２Ａ１  シフトレジスタ
３２Ａ２  シフトレジスタ
３２Ｂ  シフトレジスタ
３２Ｂ１  シフトレジスタ
３２Ｂ２  シフトレジスタ
３３Ａ  インバータ
３３Ｂ  インバータ
３４Ａ  遅延モジュール
３４Ｂ  遅延モジュール
６１Ａ  駆動スイッチ
６１Ｂ  駆動スイッチ
６２Ａ  駆動スイッチ
６２Ｂ  駆動スイッチ
９１  制御線またはバス
９２  制御線またはバス
９３  制御線またはバス
９４  データバス
１００  送信機ユニット
１０１  送信機コイル
２００  受信機ユニット
２０１  受信機コイル
２０２  受信機コイル
３１１  除算器モジュール
３１２  管理モジュール
【図１】
2013064736.tif 000003
【図２】
2013064736.tif 000004
【図３】
2013064736.tif 000005
【図４】
2013064736.tif 000006
【図５】
2013064736.tif 000007
【外国語明細書】
2013064736000001.pdf